JPH05172779A - 限界電流型酸素ガスセンサ - Google Patents
限界電流型酸素ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH05172779A JPH05172779A JP3357252A JP35725291A JPH05172779A JP H05172779 A JPH05172779 A JP H05172779A JP 3357252 A JP3357252 A JP 3357252A JP 35725291 A JP35725291 A JP 35725291A JP H05172779 A JPH05172779 A JP H05172779A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen
- solid electrolyte
- layer
- rate
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 限界電流型酸素ガスセンサの酸素拡散の律速
部の目づまり等を防いで特性の長期安定化を計る。 【構成】 拡散律速部を固体電解質で形成した。 【作用】 酸素センサに到達する酸素は固体電解質の律
速手段５を流れる酸素イオン流によって律速されるので
細孔性の拡散律速手段と異なり目づまり等起こらず、長
期安定性が得られる。
部の目づまり等を防いで特性の長期安定化を計る。 【構成】 拡散律速部を固体電解質で形成した。 【作用】 酸素センサに到達する酸素は固体電解質の律
速手段５を流れる酸素イオン流によって律速されるので
細孔性の拡散律速手段と異なり目づまり等起こらず、長
期安定性が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自動車エンジンのリーン
域空燃比制御用等に用いられるイオン伝導性固体電解質
の酸素イオン伝導性を利用した酸素センサに関する。
域空燃比制御用等に用いられるイオン伝導性固体電解質
の酸素イオン伝導性を利用した酸素センサに関する。
【０００２】エンジン排気の酸素分圧を測定するセンサ
として固体電解質の酸素イオン伝導を利用したセンサが
用いられている。この型の酸素センサは安定化ジルコニ
ア等の固体電解質の層の片側に被測定ガスを接触させ、
反対側に標準ガスを接触させてガス濃淡電池を構成し、
両側の酸素分圧の違いにより発生する起電力によって被
測定ガス中の酸素分圧を検出する濃淡セル型と、固体電
解質層の片側に酸素の流通を制限する手段を設け、被測
定ガス中の酸素がこの制限手段を通過する量が被測定ガ
ス中の酸素濃度つまり分圧に比例することを利用して、
固体電解質層に到達する酸素による固体電解質内の酸素
イオン伝導電流によって酸素分圧を検出する限界電流型
とがある。
として固体電解質の酸素イオン伝導を利用したセンサが
用いられている。この型の酸素センサは安定化ジルコニ
ア等の固体電解質の層の片側に被測定ガスを接触させ、
反対側に標準ガスを接触させてガス濃淡電池を構成し、
両側の酸素分圧の違いにより発生する起電力によって被
測定ガス中の酸素分圧を検出する濃淡セル型と、固体電
解質層の片側に酸素の流通を制限する手段を設け、被測
定ガス中の酸素がこの制限手段を通過する量が被測定ガ
ス中の酸素濃度つまり分圧に比例することを利用して、
固体電解質層に到達する酸素による固体電解質内の酸素
イオン伝導電流によって酸素分圧を検出する限界電流型
とがある。
【０００３】上述した濃淡セル型は出力電圧が酸素濃度
の対数に比例するため広い濃度範囲の測定に適するが精
度は後者の限界電流型より低い。限界電流型は出力電流
が酸素濃度にほぼ比例しており、測定レンジはせまくな
るが、精度は高い特徴を有する。本発明はこの後者の限
界電流型に関するものである。
の対数に比例するため広い濃度範囲の測定に適するが精
度は後者の限界電流型より低い。限界電流型は出力電流
が酸素濃度にほぼ比例しており、測定レンジはせまくな
るが、精度は高い特徴を有する。本発明はこの後者の限
界電流型に関するものである。
【０００４】
【従来の技術】従来の限界電流型酸素センサとしては図
３Ａ，Ｂに示すような構造が用いられていた。図で１は
安定化ジルコニア等のイオン伝導性固体電解質層で酸素
分子はこの中を酸素イオンとなって拡散する。固体電解
質層１の両面に電極２，３を着けて、これらの電極を電
源４に接続する。電極２，３間に印加された電圧によっ
て酸素イオンは電極２から３の方へ拡散し、電極３側の
表面から酸素分子となって出て行く。電源４の電圧が低
い間は固体電解質を流れる酸素イオンによる電流は電極
２，３間の印加電圧に比例して増加する。こゝで電極２
側は拡散律速手段５で覆われており、固体電解質層１の
電極２側表面に到達する酸素量が制限されているので、
電極２，３間の電圧を上げて行くと、酸素イオンによる
固体電解質層内の電流はやがて飽和する。この飽和域の
電流は固体電解質層１表面に到達する酸素量に比例して
おり、この酸素量は律速手段５で規制され、律速手段５
の外側の酸素分圧にほぼ比例している。このようにして
電極２，３間の電流が被検ガスの酸素濃度にほぼ比例し
たものとなる。
３Ａ，Ｂに示すような構造が用いられていた。図で１は
安定化ジルコニア等のイオン伝導性固体電解質層で酸素
分子はこの中を酸素イオンとなって拡散する。固体電解
質層１の両面に電極２，３を着けて、これらの電極を電
源４に接続する。電極２，３間に印加された電圧によっ
て酸素イオンは電極２から３の方へ拡散し、電極３側の
表面から酸素分子となって出て行く。電源４の電圧が低
い間は固体電解質を流れる酸素イオンによる電流は電極
２，３間の印加電圧に比例して増加する。こゝで電極２
側は拡散律速手段５で覆われており、固体電解質層１の
電極２側表面に到達する酸素量が制限されているので、
電極２，３間の電圧を上げて行くと、酸素イオンによる
固体電解質層内の電流はやがて飽和する。この飽和域の
電流は固体電解質層１表面に到達する酸素量に比例して
おり、この酸素量は律速手段５で規制され、律速手段５
の外側の酸素分圧にほぼ比例している。このようにして
電極２，３間の電流が被検ガスの酸素濃度にほぼ比例し
たものとなる。
【０００５】こゝで律速手段５は図３Ａでは小孔ｈであ
るが、この孔はμｍのオーダで加工が困難であり、製品
毎の特性のばらつきが大きい。図３Ｂは電極２の表面を
多孔質体で覆ってこれを律速手段としたもので、工作上
の困難はないが、多孔質の細孔の目づまりが起こり易
い。
るが、この孔はμｍのオーダで加工が困難であり、製品
毎の特性のばらつきが大きい。図３Ｂは電極２の表面を
多孔質体で覆ってこれを律速手段としたもので、工作上
の困難はないが、多孔質の細孔の目づまりが起こり易
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、限界電流型
酸素センサの酸素の拡散律速手段の工作困難，目づまり
を起こし易い等の問題を解消しようとするものである。
酸素センサの酸素の拡散律速手段の工作困難，目づまり
を起こし易い等の問題を解消しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】両面に電極を付け、この
電極間に電圧を印加して、この電極間電流を検出するよ
うにした固体電解質層の被検ガスに向かう片側を固体電
解質で覆った。
電極間に電圧を印加して、この電極間電流を検出するよ
うにした固体電解質層の被検ガスに向かう片側を固体電
解質で覆った。
【０００８】
【作用】上記した両面に電極を付け、電極間電流を検出
するための固体電解質層を説明の便宜上センサ層と呼ぶ
ことにする。このセンサ層の片側を固体電解質で覆って
これを酸素拡散の律速手段としている。センサ層には電
圧が印加されて強制的に酸素を層の一方から他方へ通過
させているので、センサ層の固体電解質で覆われている
側の表面では酸素の補給がなければ酸素がなくなる。こ
ゝで酸素は被検ガスからセンサ層を覆っている固体電解
質を通して補給される。この補給速度はセンサ層ともう
一つの固体電解質で囲まれた空間の酸素分圧と被検ガス
の酸素分圧の差に応じた値となり、従って、被検ガスの
酸素分圧にほぼ比例することになり、この補給される酸
素量によってセンサ層内の酸素イオンによる電流が決定
される。
するための固体電解質層を説明の便宜上センサ層と呼ぶ
ことにする。このセンサ層の片側を固体電解質で覆って
これを酸素拡散の律速手段としている。センサ層には電
圧が印加されて強制的に酸素を層の一方から他方へ通過
させているので、センサ層の固体電解質で覆われている
側の表面では酸素の補給がなければ酸素がなくなる。こ
ゝで酸素は被検ガスからセンサ層を覆っている固体電解
質を通して補給される。この補給速度はセンサ層ともう
一つの固体電解質で囲まれた空間の酸素分圧と被検ガス
の酸素分圧の差に応じた値となり、従って、被検ガスの
酸素分圧にほぼ比例することになり、この補給される酸
素量によってセンサ層内の酸素イオンによる電流が決定
される。
【０００９】
【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。図で１はイ
オン伝導性固体電解質よりなるセンサ層で安定化ジルコ
ニアが用いられ、その両面に白金の電極２，３が付けら
れている。電極２，３は電源４に接続され、電極間電流
が電流検出器６によって検出される。この電流値が被検
ガスの酸素分圧にほぼ比例している。センサ層１の陰極
側は酸素拡散の律速層５で覆ってある。この層は固体電
解質で作られており、この実施例では酸素イオン混合伝
導性固体電解質が用いられている。このものは固体内の
電流が酸素イオンだけでなく電子によっても運ばれるも
ので、この例ではＬａ0.5 Ｓｒ0.5 ＭｎＯ3 が用いられ
ており、皿状であって、周縁がガラスフリットでセンサ
層１に固着されており、センサ層１の上面との間には隙
間が作ってある。センサ層１の電極２，３間に電極２を
負側にして電源４を接続して、電極２，３間に電流飽和
電圧以上の電圧を印加してある。このため酸素イオンは
センサ層１を上から下へ強制的に拡散せしめられ、セン
サ層１の上面と律速層５との間の隙間の酸素は殆どなく
なる。律速層５内には両面間の酸素の圧力差に比例した
拡散速度で酸素イオンが貫通することになる。酸素イオ
ン混合型固体電解質では電子の易動度も大きいので、こ
の実施例の律速層では酸素イオンが通過しても層内に電
位勾配は生じなくて、酸素イオンは継続的にこの層を貫
流でき、貫流速度は被検ガスの酸素分圧にほぼ比例する
のである。
オン伝導性固体電解質よりなるセンサ層で安定化ジルコ
ニアが用いられ、その両面に白金の電極２，３が付けら
れている。電極２，３は電源４に接続され、電極間電流
が電流検出器６によって検出される。この電流値が被検
ガスの酸素分圧にほぼ比例している。センサ層１の陰極
側は酸素拡散の律速層５で覆ってある。この層は固体電
解質で作られており、この実施例では酸素イオン混合伝
導性固体電解質が用いられている。このものは固体内の
電流が酸素イオンだけでなく電子によっても運ばれるも
ので、この例ではＬａ0.5 Ｓｒ0.5 ＭｎＯ3 が用いられ
ており、皿状であって、周縁がガラスフリットでセンサ
層１に固着されており、センサ層１の上面との間には隙
間が作ってある。センサ層１の電極２，３間に電極２を
負側にして電源４を接続して、電極２，３間に電流飽和
電圧以上の電圧を印加してある。このため酸素イオンは
センサ層１を上から下へ強制的に拡散せしめられ、セン
サ層１の上面と律速層５との間の隙間の酸素は殆どなく
なる。律速層５内には両面間の酸素の圧力差に比例した
拡散速度で酸素イオンが貫通することになる。酸素イオ
ン混合型固体電解質では電子の易動度も大きいので、こ
の実施例の律速層では酸素イオンが通過しても層内に電
位勾配は生じなくて、酸素イオンは継続的にこの層を貫
流でき、貫流速度は被検ガスの酸素分圧にほぼ比例する
のである。
【００１０】図２は本発明の他の実施例を示す。この実
施例では律速層５としてセンサ層１と同じ安定化ジルコ
ニアを用いた。安定化ジルコニアでは酸素イオンは移動
できるが電子の易動度が酸素イオンに比し極めて低いの
で、そのまゝでは酸素イオンが酸素濃度の高い側から低
い側に拡散すると酸素濃度の低い側の表面に電子が残留
して層内に電位勾配を生じ、酸素イオンの拡散を阻止す
る。そのためこの実施例では律速層５の両面に電極７，
８を付けて、律速層５の下面側に残留する電子を引出
し、層内の電位勾配を解消するように両電極間を短絡し
てある。こうすることによって律速層５内を通る酸素イ
オンは電界の作用を受けることなく、同層の両側の酸素
分圧の差にほぼ比例した速度で同層内を拡散できること
になる。センサ層１を流れる電流によって被検ガスの酸
素濃度が検出される動作は図１の実施例と全く同じであ
るので、図２の各部には図１の実施例と対応する部分に
同じ番号を付して一々の説明は省略する。この実施例で
はセンサ層１と律速層５とが同じ材質であるから、両者
を固着したときの熱膨張差による応力発生の問題がなく
クラック発生の心配がない。
施例では律速層５としてセンサ層１と同じ安定化ジルコ
ニアを用いた。安定化ジルコニアでは酸素イオンは移動
できるが電子の易動度が酸素イオンに比し極めて低いの
で、そのまゝでは酸素イオンが酸素濃度の高い側から低
い側に拡散すると酸素濃度の低い側の表面に電子が残留
して層内に電位勾配を生じ、酸素イオンの拡散を阻止す
る。そのためこの実施例では律速層５の両面に電極７，
８を付けて、律速層５の下面側に残留する電子を引出
し、層内の電位勾配を解消するように両電極間を短絡し
てある。こうすることによって律速層５内を通る酸素イ
オンは電界の作用を受けることなく、同層の両側の酸素
分圧の差にほぼ比例した速度で同層内を拡散できること
になる。センサ層１を流れる電流によって被検ガスの酸
素濃度が検出される動作は図１の実施例と全く同じであ
るので、図２の各部には図１の実施例と対応する部分に
同じ番号を付して一々の説明は省略する。この実施例で
はセンサ層１と律速層５とが同じ材質であるから、両者
を固着したときの熱膨張差による応力発生の問題がなく
クラック発生の心配がない。
【発明の効果】本発明によれば律速手段としはて基板に
微小径の孔をあけるような工作上の困難がなく、多孔体
のような目づまりも起こらなくて、工作簡単で特性の長
期安定性に優れた酸素センサが得られる。また律速層の
厚さ，形を選択することで、容易に特性を制御でき特性
のばらつきが少なくできる。またセンサ層に流入するの
が酸素だけであるから、被検ガス中の共存成分による還
元電流がなく、被検ガスの種類を問わず、酸素分圧を測
定できる。
微小径の孔をあけるような工作上の困難がなく、多孔体
のような目づまりも起こらなくて、工作簡単で特性の長
期安定性に優れた酸素センサが得られる。また律速層の
厚さ，形を選択することで、容易に特性を制御でき特性
のばらつきが少なくできる。またセンサ層に流入するの
が酸素だけであるから、被検ガス中の共存成分による還
元電流がなく、被検ガスの種類を問わず、酸素分圧を測
定できる。
【図１】本発明の一実施例の縦断側面図
【図２】本発明の他の実施例の縦断側面図
【図３】従来例の縦断側面図
１ センサ ２，３ 電極 ４ 電源 ５ 律速手段 ６ 電流計
Claims (1)
- 【請求項１】イオン伝導性固体電解質層の片側に酸素分
子拡散の律速手段を設け、上記固体電解質層を流れる酸
素イオン電流を検出する限界電流型酸素センサにおい
て、上記拡散の律速手段として上記固体電解質層の陰極
側の面を別のイオン伝導型固体電解質層によって覆った
ことを特徴とする限界電流型酸素ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3357252A JPH05172779A (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 限界電流型酸素ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3357252A JPH05172779A (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 限界電流型酸素ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05172779A true JPH05172779A (ja) | 1993-07-09 |
Family
ID=18453172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3357252A Pending JPH05172779A (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 限界電流型酸素ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05172779A (ja) |
-
1991
- 1991-12-24 JP JP3357252A patent/JPH05172779A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3871497B2 (ja) | ガスセンサ | |
| US4487680A (en) | Planar ZrO2 oxygen pumping sensor | |
| US3691023A (en) | Method for polarographic measurement of oxygen partial pressure | |
| US6287439B1 (en) | Gas sensor | |
| RU2143679C1 (ru) | Способ измерения концентрации газа в газовой смеси, а также электрохимический чувствительный элемент для определения концентрации газа | |
| JP3272215B2 (ja) | ＮＯｘセンサ及びＮＯｘ測定方法 | |
| US8398836B2 (en) | Gas sensor | |
| JPS634660B2 (ja) | ||
| JPH09113484A (ja) | 被測定ガス中の所定ガス成分の測定方法及び測定装置 | |
| EP0104501A2 (en) | Air-fuel ratio sensor arrangement | |
| US4591421A (en) | Air/fuel ratio detector | |
| EP0216977B1 (en) | Method and device for determining oxygen in gases | |
| JPH09507916A (ja) | 混合気中の窒素酸化物を測定するための電気化学センサ | |
| JPH0213742B2 (ja) | ||
| US4795544A (en) | Electrochemical gas sensor | |
| KR101011296B1 (ko) | 한계 전류식 산소 센서 및 이를 이용한 산소 농도의 검지및 측정 방법 | |
| JPH05172779A (ja) | 限界電流型酸素ガスセンサ | |
| JP2008008665A (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| JPS63172953A (ja) | 固体電解質を用いたアルコ−ル濃度測定方法 | |
| JPH0412420B2 (ja) | ||
| JP3289353B2 (ja) | 薄膜限界電流式全域空燃比センサ | |
| JP3326899B2 (ja) | 薄膜積層空燃比センサ | |
| EP0150182A1 (en) | Measuring an extended range of air fuel ratio | |
| JPH03170858A (ja) | ガスの分圧測定センサ | |
| JPS62145161A (ja) | 酸素センサ |